Способ масс-спектрометрического анализа химических соединений

 

СПОСОБ MACС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ , заключающийся в распылении растворов при атмосферном давлении и получении аэрозоля, вводе его в сверхзвуковом потоке нейтрального газа в масс-спектрометр при ускорении электростатическим полем, разделении по массе и детектировании, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности идентификации , расширения аналитических возможностей и увеличения чувствительности , аэрозоль получают мелкодисперсным электрогидродинамическим распылением на оптической оси массспектрометра , напряженность электростатического ПОЛЯ Е устанавливают в пределах В/см, а давление Р - в пределах 10 -10Па, при этом напряженность электростатического ПОЛЯ связана с давлением в области ускорения соотношением „ Р, В/см Е ekT где Е - напряженность электростатиi ческого ПОЛЯ , В/см ли - разность потенциалов в об (Л ласти ускорения. В; L - длина области, см; бгазодинамическое сечение,см ; k постоянная Больцмана, эВ/град; Т температура газа, град; В; энергия фрагментации i-ro to | уровня, эВ; заряд электрона, Кл; е о Р - давл1ение в области ускоре00 ния , Па.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

I3, I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTGPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 jj j>, л где Е

Т

В

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3688696/24-21 (22) 28.11.83 (46) 15.11.86. Бюл. Р 42 71) Институт аналитического приборостроения Научно-технического объединения АН СССР (,72) М.Л. Александров, Л.Н. Галль, Н.В. Краснов, Ю.С. Куснер, В.И. Николаев и В.А. Нкуров (53) 621.384(088.8) (56) Thomson В.А. Iribarne 1.Ч. Inf .

Mass Spectrom, and Ion. Phys., 1983, 50, р. 331-347.

Fenselan С. Cottent R.J. Han

sen G.Å. Chen Т. Неl!ег 0.Ч.

Chromatoga, 1981, ч, 218, р. 21-30.

Патент США У 4300044,кл. 250-282, 1974. (54)(57) СПОСОБ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, заключающийся в распылении растворов при атмосферном давлении и получении аэрозоля, вводе его в сверхзвуковом потоке нейтрального газа в масс-спектрометр при ускорении электростатическим полем, разделении по массе и детектировании, отличающийся тем, что, с целью повышения точности идентй„, Я0„„1270814 (5D 4 Н 01 J 49/26 фикации, расширения аналитических возможностей и увеличения чувствительности, аэрозоль получают мелкодисперсным электрогидродинамическим распылением на оптической оси массспектрометра, напряженность электростатического поля E устанавливают в пределах 10 -10 В/см, а давз ление P — в пределах 10 -10 Па, при этом напряженность электростатического поля связана с давлением в o6ласти ускорения соотношением Еб;P В/см е1сТ напряженность электростатиЩ ческого поля E=, В/см разность потенциалов в области ускорения, В; длина области, см; газодинамическое сечение,см ; постоянная Больцмана, эВ/град; температура газа, град; энергия фрагментации i-ro уровня, эВ; заряд электрона, Кл; давЛение в области ускорения, Па.

1270814 2 равлять осколочным спектром исследу- емой молекулы и невозможность анализа смесей веществ.

Наиболее близким к предлагаемому является способ масс-спектрометрического анализа химических соединений, заключавшийся н распылении растворов, содержащих нелетучие биоорганические вещества, при атмосфер10 ном давлении с образованием аэрозоля, ввода аэрозоля в масс-спектрометр в.сверхзвуковом потоке нейтрального газа при ускорении электрическим лолем, разделения по массе

f5 и детектировании. Этим способом масс-слектрометрическому исследованию и детектированию могут быть подвержены нелетучие биоорганические вещества, находящиеся непосредственно в растворах, и получены серии кластерных ионов, позволяющие точно установить молекулярный вес исследуемого вещества.

Изобретение относится к исследованию химических соединений, в том числе к установлению аминокислотной и нуклеитидной последовательности пептидов и олигонуклеотидов, определению молекулярно-массового Dacпределения, идентификации компонент смесей природного и исскуственного происхождения, контролю процессов органического и микробиологического синтеза, контролю чистоты медицинских препаратов в фармакологии, допингконтролю и анализу биологических жидкостей в медицине при массспектрометрическом детектировании молекул и их фрагментов.

Методы надежной инденфикации органических и биоорганических веществ обязательно включают в себя массспектрометрические методы, причем для исчерпывающей идентификации необходимо, чтобы масс-спектр вещества содержал как пики, позволяющие определить молекулярный вес молекулы (молекулярный ион М, протонированпый молекулярный ион МН+$п, катионированный молекулярный ион MKat или кластерные ионы МН Ьп, где S — молекула растворителя, n=O 1, 2 и т.д.), так и характеристичные фрагментные 30 ионы. Наиболее сложным, и в то же время наиболее важным объектом индентификации являются нелетучие термонестабильные тяжелые органические молекулы, как правило, биоорганического происхождения.

Для установления структуры и иден- . тификации молекул используется способ двойной масс-спектрометрии (HSMS), в котором используют промежуточную камеру активационных соударений с последующим разделением по масмассе и детектировании, либо способ масс-спект1 ометрического анализа,в котором производят ионизацию из твердой фаз» без предварительного испарения и т.д.

Все эти методы позволяют получить масс-спектры нелетучих органических .молекул, содержащие наряду с осколочными, молекулярные и квазимолеку.лярные ионы. Недостатками всех пере-численных методов †аналог являются сложность обязательной стадии подготовки образца, низкая чувствитель:ность используемой аппаратуры, исключительная трудоемкость расшифровки масс-спектров, невозможность упНедостатки данного способа — невозможность получения масс-спектра молекулы, необходимого для установления ее структуры, а также низкая чувствительность метода, приводящая к необходимости использования больших количеств раствора аналивируе мых веществ (1 мл и более).

Цель изобретения — повьппение точности идентификации, расширение аналитических возможностей и увеличение чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно известному способу масс-спектрометрического анализа химических соединений, заключающемуся в распылении растворов при атмосферном давлении и получении аэрозоля, вводе его в оверхзвуковом потоке нейтрального газа в масс-спектрометр лри ускорении электростатическим полем, разделении по массе и детектировании,аэрозоль получают мелкодисперсным электрогидродинамическим распылением на оптической оси массспектрометра„ напряженность электро1 статического поля Е устанавливают в пределах 10 -IO В/см, давление Р— в пределах IO -IO Па, при этом напряженность электростатического поля связана с давлением в области ускорения соотношением

Е> 2Е;(— р

МТ где Е - напряженность электростати40 го поля Е, B cM;

aU — разность потенциалов в области ускорения, В 5

L — - длина области, см; б — газодинамическое сечение, см ;

k — - постоянная Больцмана, эВ/град; 10

Т вЂ” температура газа, град;

Е„ - энергия фрагментации 1 -уров- . ня, эВ; е †. заряд электрона, Кл;

P — давление в области ускоре- 15 ния, Па.

Изменение напряженности электростатического поля как за счет изменения U так и за счет изменения позволяет направленно изменять 20 состав ионрв в регистрируемом массспектре: от серий кластерных ионов, содержащих исследуемое вещество и позволяющих точно установить молекулярный вес вещества, до спектров, содержащих исключительно квазимолекулярный ион, и далее к спектрам, содержащим пики характеристичных фрагментов, позволяющим установить строение молекулы, при этом возмож- 30 но получить спектры, отражающие различный уровень фрагментации молекулы, определяемый величиной энергии Е, исследовать механизм реакций фрагментации квазимолекулярного иона. З5

Увеличение чувствительности по сравнению с прототипом достигается формированием потока кластеров на оси масс-спектрометра и большой разностью потенциалов электростатичес- 40 кого поля, приводящей к улучшению фокусировки и отбора ионов, это в целом позволяет снизить количество раствора, необходимое для анализа

1270814 ф до 1 мкл, т.е. по крайней мере, в (39 раз

На фиг. 1 приведен масс-спектр аргинина-аминокислоты с молекулярным весом 174, являющейся характерным представителем вышеописанных соединений; на фиг. 2 — масс-спектры аминокислот.

По оси электрического поля отложена разность потенциалов AU, оп. ределяющая напряженность электрического поля Е (фиг. 1). При увеличении разности потенциалов спектр кластерных ионов, состоящих из молекул растворителя и молекул аргинина, плавно переходит в спектр заряженных фрагментов, причем вклад низкомолекулярных фрагментов увеличивается. Таким образом при постоянном вводе пробы и беэ какого бы то ни было усложнения аппаратуры можно получить серии ион". ных кластеров, необходимые для установления молекулярной массы, а спектры фрагментных ионов, позволяющие установить структуру молекулы, и одновременно непосредственно исследовать механизм реакций фрагментации квазимолекулярных ионов. В режиме

Ь0, соответствующем присутствию в спектре исключительно квазимолекулярного иона, могут быть получены простые и просто ийтерпретируемые спект\ ры смесей нелетучих термонестабильных веществ, эта возможность метода демонстируется на фиг. 2 на примере смеси 19 аминокислот. Таким образом продемонстированы возможности метода в области контроля чистоты препаратов и анализа биологических жидкостей в медицине.

Предлагаемый способ позволяет получить масс-спектр фрагментов молекул, а также обладает чувствительностью и точностью.! 270814

t0

ФагЛ

Составитель И. Некрасов

Редактор В. Ковтун Техред В.Кадар Корректор Г, Решетник

Заказ 6247/53 Тираж 043 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно †полиграфическ предприятие, г. Ужгород, ул . Проектная, 4